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Los sistemas de celdas de combustible de metanol reformado ( RMFC ) o celdas de combustible de metanol indirecto (IMFC) son una subcategoría de celdas de combustible de intercambio de protones donde el combustible, metanol ( CH3OH ), se reforma antes de introducirse en la celda de combustible .
Los sistemas RMFC ofrecen ventajas sobre los sistemas de celdas de combustible de metanol directo (DMFC), entre las que se incluyen mayor eficiencia, pilas de celdas más pequeñas, menores requisitos de pureza del metanol, ausencia de gestión del agua, mejor funcionamiento a bajas temperaturas y almacenamiento a temperaturas bajo cero porque el metanol es un líquido de -97,0 a 64,7 °C (-142,6 a 148,5 °F) y como no hay una mezcla líquida de metanol y agua en las celdas que pueda destruir la membrana del DMFC en caso de heladas.
La razón de la alta eficiencia de las RMFC en comparación con las DMFC es que se alimenta a la pila de combustible gas que contiene hidrógeno en lugar de metanol y la sobretensión (pérdida de potencia para la conversión catalítica) en el ánodo es mucho menor para el hidrógeno que para el metanol. La desventaja es que los sistemas RMFC funcionan a temperaturas más altas y, por lo tanto, necesitan una gestión del calor y un aislamiento más avanzados. Los productos de desecho con estos tipos de pilas de combustible son dióxido de carbono y agua.
El metanol se utiliza como combustible porque es naturalmente denso en hidrógeno (un portador de hidrógeno ) y se puede transformar con vapor en hidrógeno a bajas temperaturas en comparación con otros combustibles de hidrocarburos . Además, el metanol se encuentra en la naturaleza, es biodegradable y tiene una gran densidad energética.
Los sistemas RMFC constan de un sistema de procesamiento de combustible (FPS), [1] una celda de combustible , un cartucho de combustible y el BOP (el balance de la planta ). [2]
El cartucho de combustible almacena el combustible de metanol . Según el diseño del sistema, se suele utilizar como combustible para el sistema RMFC metanol al 100 % (estándar industrial IMPCA) o una mezcla de metanol con hasta un 40 % en volumen de agua. El metanol al 100 % produce un menor consumo de combustible que la mezcla de agua y metanol (premezcla), pero conlleva una mayor complejidad del sistema de celdas de combustible para la condensación de la humedad del cátodo.
Los costos de combustible para RMFC son típicamente de alrededor de 0.4-1.1 USD/kWh [ cita requerida ] (metanol convencional) respectivamente 0.45-1.3 USD/kWh [ cita requerida ] ( metanol renovable producido a partir de desechos municipales o electricidad renovable). En comparación, para una celda de combustible de baja temperatura-PEM alimentada con hidrógeno, los costos para hidrógeno convencional (en un paquete de botellas) son de alrededor de 4.5-10 USD/kWh.
Metanol → Oxidación parcial (POX)/ Reformado autotérmico (ATR) → Reacción de desplazamiento de gas de agua (WGS) → Oxidación preferencial (PROX) El reformador de metanol convierte el metanol en H 2 y CO 2 , una reacción que ocurre a temperaturas de 250 °C a 300 °C.
→La pila de combustible de membrana de intercambio de protones (MEA) produce electricidad en una reacción que combina H2 (reformado a partir de metanol en el procesador de combustible) y O2 y produce agua (H2O ) como subproducto. Por lo general, se utiliza una celda de combustible de membrana de intercambio de protones de baja temperatura (LT-PEMFC) o una celda de combustible de membrana de intercambio de protones de alta temperatura (HT-PEMFC) para RMFC.
→ Cámara de postcombustión catalítica de gas de cola (TGC) o ( combustión catalítica ) con un catalizador de platino - alúmina (Pt–Al2O3) [3] [4] [5] → condensador
El balance de la planta (BOP) consta de bombas de combustible , compresores de aire y ventiladores necesarios para hacer circular el gas y el líquido en el sistema. A menudo, también se necesita un sistema de control para operar y monitorear la RMFC.
Los sistemas RMFC han alcanzado una etapa avanzada de desarrollo. Por ejemplo, un pequeño sistema desarrollado por Ultracell para el ejército de los Estados Unidos, [1], ha cumplido con los objetivos de tolerancia ambiental, seguridad y rendimiento establecidos por el Centro de Investigación, Desarrollo e Ingeniería de Comunicaciones y Electrónica del Ejército de los Estados Unidos , y está disponible comercialmente.
También están disponibles sistemas más grandes de 350 W a 8 MW para múltiples aplicaciones, como generación de energía en plantas de energía, generación de energía de respaldo, suministro de energía de emergencia , unidad de energía auxiliar (APU) y extensión de la autonomía de la batería (vehículos eléctricos, barcos).
A diferencia de los generadores diésel o de gasolina, el intervalo de mantenimiento de los sistemas RMFC suele ser significativamente más largo, ya que no es necesario cambiar los filtros de aceite ni otras piezas de servicio del motor. Por lo tanto, el uso de RMFC en aplicaciones fuera de la red (por ejemplo, mantenimiento de carreteras) y áreas remotas (por ejemplo, telecomunicaciones, montañas) suele preferirse a los grupos electrógenos diésel .
También se consideran ventajosas otras características como la biodegradabilidad del metanol, la posibilidad de utilizar metanol renovable, los bajos costes de combustible, la ausencia de emisiones de partículas/NOx, el bajo nivel de ruido y el bajo consumo de combustible (largo intervalo de suministro de combustible).
El vehículo deportivo eléctrico Gumpert Nathalie contiene tecnología RMFC.
La empresa danesa Blue World Technologies está construyendo la planta más grande del mundo para producir pilas de combustible de metanol indirecto para aplicaciones automotrices. [2]